为避免对公司及其声誉造成严重损害，电池的可靠性和性能至关重要。锂离子电池是实现这一关键功能的理想选择，与阀控式铅酸电池相比，展现出明显的优势。.

首先需要强调的是，“锂离子电池”是一个统称，涵盖了一系列电化学性质差异很大的电池。针对每种应用场景，选择最合适的化学成分、设计和配置是实现最佳电池性能的关键。对于数据中心而言，这包括最大限度地提高安全性。.

为什么锂离子电池更好？

锂离子电池技术更加可靠，性能也显著更高。由于其使用寿命长、维护量少、能源效率高且耐高温，因此总体拥有成本 (TCO) 更低。相比之下，VRLA 电池在高温下可靠性和寿命会大幅下降，这意味着需要更多的冷却、更高的能耗和更多的二氧化碳排放。高能量密度还能显著节省资产和基础设施成本。锂离子电池体积更小、重量仅为 VRLA 电池的六分之一，因此占用空间更少，所需的结构支撑也更少。需要时，它们可以快速放电以满足 UPS 的需求。在断电间隙，它们可以快速充电，随时应对下一次紧急情况。由于其电子监控和管理系统可以轻松集成到建筑物中，操作人员可以随时了解电池的状态和可用性。您可以随时掌握电池的荷电状态 (SOC) 和剩余寿命（也称为健康状态 (SOH)）。此外，其电子元件还支持轻松扩展和优化，以满足不同应用场景的电压、功率和能量需求。

究竟会出什么问题呢？

损坏或误用会导致锂离子电池短路，进而引发被称为热失控的连锁反应。这会产生大量热量，如果蔓延到相邻电池，则可能引发其分解并释放高温易燃气体。广为人知的热失控事件包括2019年亚利桑那州电池储能系统起火，以及2017年电视节目主持人理查德·哈蒙德在为亚马逊拍摄《格兰之旅》时从燃烧的汽车中逃生。值得注意的是，在这两起事件中，锂离子电池的规格均与数据中心推荐规格不同。.

 

哪些化学品更安全？

当我们谈到锂离子电池时，这个术语实际上涵盖了一整类具有不同特性的化学物质，例如寿命、能量密度、功率密度以及工作温度范围。这些化学物质可以被选择，甚至可以混合，以微调这些特性的平衡。电池的性能管理和散热能力也显著受到其机械、电气和电子设计的影响。锂离子电池主要分为两大类，根据其正极材料命名：金属氧化物电池和磷酸铁锂电池。另一类采用钛酸盐负极材料的电池则用于高功率应用，例如铁路牵引或地下矿用车辆，这类电池需要频繁的充放电循环。金属氧化物电池，包括铝镍钴酸锂（NCA）、镍钴锰酸锂（NMC）和锰酸锂（LMO），具有最高的能量密度。它们非常适合电动汽车等应用，因为它们的化学性质非常活跃，但缺点是如果发生热失控，它们会释放氧气。这会助长火势，可能导致温度达到 800 甚至 1000°C。由于它们会释放氧气，因此氧气还原型灭火系统和氟酮等先进灭火剂在这种情况下无效。磷酸铁电池，例如磷酸铁锂 (LFP) 和 Saft 公司拥有专利的 SLFP（超磷酸铁锂）技术，本质上要安全得多。其磷酸盐分子中的氧原子被紧密结合，不会在燃烧过程中释放。这使得热失控时的潜在温度限制在 200 至 250°C 左右，从而降低了电池间蔓延的可能性。缺点是与金属氧化物电池相比，其能量密度较低（大约低 30%），电池电压也较低，但当安全性至关重要时，它们是理想之选。此外，它们即使在高温下也具有较长的使用寿命和良好的充放电循环性能。.

适用哪些UL和IEC安全认证？

国际建筑防火标准IFC 2018和NFPA 855旨在通过将锂离子电池的能量密度限制在每个系统20千瓦时（kWh）或每个装置600千瓦时（kWh）来降低风险。这些标准还要求机柜之间保持约一米的空气间隙。然而，许多数据中心运营商需要更大的系统。通过严格的UL 9540A热失控风险测试，可以获得无空气间隙且不受能量密度限制的认证。UL 9540A测试记录显示，一些金属氧化物电池系统在测试中出现了电池间和模块间的热传播、火焰、热失控，甚至内部小型电池组件的弹出。相比之下，Saft公司的Flex'ion系统在类似条件下通过了UL 9540A测试，未出现电池间热传播或点火现象。在事故发生时，磷酸盐基系统排放的可燃气体和其他有害气体量显著降低，且这些气体温度更低，便于气体抽取系统更轻松、更安全地进行排放。为了进一步提升安全性， 锂离子电池系统 已通过 UL 1973 认证，并通过了 IEC 62619 测试，并完全符合 IEC 62485-5 标准。

 

电池管理在安全方面发挥着怎样的作用？

除了电化学特性外，锂离子电池系统在物理性能上也存在差异，这些差异会影响它们的性能。每个锂离子电池都由一系列电芯以及连接到电池管理系统（BMS）的电路组成，所有这些都封装在一个保护壳内。.

电池管理系统 (BMS) 对于优化安全性、可靠性和总体拥有成本至关重要。

优秀的电池管理系统 (BMS) 会监控每个单体电池的电压、荷电状态、健康状况以及安全运行状态。通过控制单体电池的充放电，可以平衡电池温度，从而最大限度地延长电池寿命，因为温度与电池老化密切相关。BMS 还应监控和管理电源连接的温度，因为在放电过程中，电源连接的温度可能高于单体电池的温度。每个机柜都配备一个电池管理模块 (BMM)，用于监控多个电池模块。然而，在规模化生产过程中，BMS 可以将多个机柜中的多个 BMM 合并，建立一个主电池管理模块 (MBMM)，从而调节整个系统。.

UPS电池与其他应用中使用的电池有何不同？

另一点是，理想情况下，用于数据中心UPS应用的锂离子电池系统应专门为此目的而设计。它们的主要目标与电池储能系统（BESS）截然不同。BESS电池是必须保护的盈利资产，因此其电池管理系统（BMS）会防止电池完全放电——锂离子电池一旦完全放电就无法恢复。然而，数据中心UPS电池的作用是通过确保电力连续性来保护业务。如有必要，BMS会允许电池完全放电，以便在紧急情况下获得几秒钟的宝贵额外电力，即使这意味着牺牲电池寿命。备用电源和安全不应受到影响。

本文由Saft公司锂离子电池技术专家Gareth Hackett撰写。.